Tonassistent-Grundwissen Teil1

[M-Kult]

Hallo,

Als ersten Thread möchte ich gerne das Tonassistent-Grundwissen hier preisgeben um mich zu trainieren und das Wissen auch weiter zu geben. Ich garantiere nicht für Richtigkeit.


Anfangen möchte ich gerne mit Grundbegriffen und teilweise Verlinkung zu Wikipedia, da es dort häufig sehr gut erklärt ist.

Elongation: Auslenkung
Amplitude: Punkt der größten Elongation
Perioden- oder Schwingungsdauer: Dauer einer Schwingung
Frequenz: Häufigkeit der Schwingungen pro Zeiteinheit(1s) [ Formelzeichen: f ]
Phasenlage: Der Abstand gleicher Schwingungszustände verschiedener Schwingungen einer Welle
Wellenlänge: Die Entfernung zweier Punkte mit der gleichen Amplitude entlang der Ausbreitungsrichtung einer Welle
Lamda: Wellenlänge ( Formelzeichen: λ )


Die Wellenlänge hängt mit der Frequenz -> f und der Ausbreitungsgeschwindigkeit -> c zusammen.

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schall ist 330m/s bei 0°C; je 1°C mehr, steigt c um 0,6m/s.
Standard zur Berechnung -> 340m/s; entspricht ca. 16°C

Rechenbeispiel:

Somit beträgt Lamda(Wellenlänge) bei 1000Hz -> 0,34m.


Zur Veranschaulichung noch zwei Grafiken.

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Die Tage geht es weiter.

Grüße
Patrick

 

[M-Kult]

Die Schwebung


Amplitudenmodulation im Takt des Frequenzabstandes der klingenden Frequenzen.
Bis ca. 20 Cent (ein Halbton = 100 Cent) Unterschied ist die Schwebung relevant; darüber nimmt
man verschiedene Töne wahr.

Kammfilter

Der Kammfilter ist ein Resultat aus einer gleichphasigen - (Verstärkung) und
gegenphasigen (Dämpfung) Überlagerung.

 

[Stifflers_mom]

keine schlechte idee, könnte ganz gut ankommen!

kleine Verbesserungsvorschläge:
- Die Graphik des Kammfiltereffekts könnte etwas unverständlich sein. Zeichne doch zwei einzelne Schwingungen (Mic 1 und Mic 2) und dann die Überlagerung davon.

- Die Schwebung ist frequenzabhängig. unter ca. 100 Hz kann man auch Schwebungen mit zwei Tönen erzeugen, die einen Ganzton oder mehr auseinander sind. Um 1-5 kHz wird die Unterscheidungsschwelle ("just noticeable difference") sehr fein, bei hohen Frequenzen darüber nimmt sie wieder ab.
(gut, das war jetzt vielleicht schon etwas zu weitgehend)

 

[M-Kult]

Überlagern sich mehrere Schwingungen, erhält man ihren resultierenden Verlauf durch einfache geometrische Addition.
In Abbildung 2 addieren sich zwei gleiche Schwingungen mit gleicher Phasenlage zu einer
resultierenden Schwingung mit doppelter Amplitude auf, es findet eine Verstärkung statt.
Dagegen sind die Schwingungen in Abbildung 3 um 180° phasenverschoben wodurch sie sich vollständig auslöschen.
Abbildung 4 zeigt die Resultierende aus zwei Schwingungen unterschiedlicher Frequenz.

Eine wichtige Rolle haben Verstärkungen und Auslöschungen, wenn bei der Monowiedergabe eines Stereosignals beide Kanäle zusammengemischt werden.
Dieses ist für Musikproduktionen, die im Radio laufen sollen, besonders wichtig (noch weite Verbreitung von Monogeräten, z. B. einfache Transistor- und "Küchen"radios).
Bei gegenläufigen Phasenbeziehungen kommt es dabei zu Auslöschungen, die das Klangbild negativ beeinflussen.
Im Extremfall ist bei komplett gegenläufigen Signalen das Ergebnis beim "Monoabhören" eben Stille.
Mithilfe eines Korrelationsgradmessers kann die Beziehungen zwischen den beiden Kanälen (rechts und links) einer Stereo-Audioaufnahme messtechnisch festgestellt werden.

 

[M-Kult]

rifft Schall auf ein Objekt, wird er aufgrund seiner Wellencharakteristik entweder gebeugt, reflektiert oder absorbiert. Bei der Beugung kommt es auf die Relation zwischen der Wellenlänge des Schalls und den Ausmaßen des Objektes an. So gilt, wenn der Durchmesser des Objekts weniger als die doppelte Wellenlänge beträgt, wird der Schall um das Objekt herum gebeugt (. Daraus folgt je größer das Objekt, desto weniger sind hohe Frequenzen hörbar.

Bei dem umgekehrten Fall, also wenn das Objekt größer als zwei Wellenlängen ist (, hängt von der Oberflächen-und Materialbeschaffenheit ab, ob die verschiedenen Frequenzen absorbiert oder reflektiert werden. Ist die Oberflächenstruktur im Vergleich zur Wellenlänge relativ glatt, wird der Schall gemäß dem Einfallswinkel zurück in den Raum reflektiert. Ist dagegen die Struktur rau, wird der Welle zwischen den Unebenheiten hin und her reflektiert ohne dabei wieder in Raum zurück zu gelangen. Da Wellen immer etwas Energie an das reflektierende Objekt in Form von Reibung und Wärme abgeben, ist nach einer gewissen Zeit die gesamte Energie der Welle vom Objekt absorbiert worden. Bei genauerer Betrachtung, wird also eigentlich in jedem Fall der Schall reflektiert, nur gibt er bei der Absorption seine gesamte Energie an das Objekt ab und verlässt nicht mehr die Umgebung der Oberfläche.
Der Raum hinter dem Objekt, an dem keine Schallwellen einer Wellenlänge gelangen nennt man Schallschatten. Da die Grenzen zwischen Beugung und Reflexion bzw. Absorption fließend sind, variiert auch die Größe des Schallschattens je nach den Relationen.

Die Eigenschaft einer Oberfläche Schall entweder zu reflektieren oder zu absorbieren wird mithilfe des Absorptionsgrades gemessen. Beträgt dieser 0 spricht man von einer perfekten Reflektion (live). Das gesamte Frequenzspektrum wird also ohne Energieverluste reflektiert. Wenn eine perfekte Absorption vorliegt (dead), wie zum Beispiel in einem schalltoten Raum oder einer unendlichen Ebene, ist der Absorptionsgrad 1. Jedoch kommen diese Extreme in der Natur nicht vor, da weder eine völlig verlustfreie Reflektion noch eine völlige Absorption bei jeder Frequenz möglich sind.
Glas hat allerdings auch für (das menschliche Gehör) hohe Frequenzen eine ziemlich glatte Obfläche, sodass es ein breites Spektrum mit geringen Verlusten reflektiert wird. Es hat also einen niedrigen Absorptionsgrad. Um Schall dagegen zu dämpfen kommt es darauf an, welche Frequenzen absorbiert werden sollen, um einen optimalen Stoff auszuwählen. Am effektivsten wird der Welle Energie bei ihrem Maximum entzogen. Aus diesem Grund sollte die Tiefe der Oberfläche des Absorbers betragen. So eignen sich die typischen gewellten Schaumstoffe besonders für mittlere bis hohe Frequenzen, bei Bässen muss man zu sogenannte Bassfallen greifen. Sie existieren in zwei Varianten, die sich jeweils ein unterschiedliches Masse-Feder-System zu Nutze machen. Im Helmholtz-Resonator schwingt die Luft im inneren und dämpft so die Schallschnelle. Ein Plattenabsorber besteht im Großen und Ganzen aus einer Holzkiste (oder auch aus anderem Material), deren Vorderplatte verschiedene Eigenschwingungen besitzt, welche vom Schall angeregt werden. Diese Eigenschwingungen werden von der eingeschlossenen Luft oder auch einer Art von Mineralwolle abgedämpft.

 

[M-Kult]

Wie schon gesagt, durch kein Absorber ein völlig schalltoter Raum geschaffen werden. Aus diesem Grund lässt sich in jedem Raum ein gewisses Maß an Diffusschall (im Gegensatz zum Direktschall) messen, der von den Grenzflächen des Raumes reflektiert wurde. Die imaginäre Grenze, auf welcher der Direktschall den gleichen Schalldruck wie der Diffusschall hat wird Hallradius genannt. Eine Analyse des Direktschalls mit seiner Raumantwort (also dem Diffusschall) wird in verschiedene Phasen aufgeteilt, welche mit jedem Raum ihre individuelle Größe haben. So nimmt der Hörer als erstes das Eintreffen des Direktschalls, den sogenannten "1. Impuls", wahr. Danach verstreichen eine bis 200 Millisekunden, das "Pre Delay" (PD), bis die "ersten Reflexionen" (ER) der Raumantwort eintreffen. Die Länge des Pre Delays sagt etwas über die Größe des Raumes, bzw. der Entfernung des Hörers zur Schallquelle aus. Je länger die Zeit des PD, desto größer erscheint der Raum oder desto näher ist die Schallquelle, da die Reflektionen einen weiteren Weg zurücklegen müssen um beim Empfänger einzutreffen (das Gegenteil gilt bei kurzem PD). Die ersten Reflexionen werden von der "Reverbtime 60" (RT 60 abgelöst. Sie beginnt, wenn die Raumantwort um 60 dB im Vergleich zum ersten Impuls bedämpft wurde.


Richtwerte von Nachhallzeiten verschiedener Räume:

Regie: 0,4 sec
großes Studio: 0,8 - 1,2 sec
kleines Studio: 0,6 - 1 sec
Konzertsaal: 1,8 - 2,2 sec
Oper: 1,5 - 1,8 sec
Kirche: 2,5 -10 sec


Überschreitet das Pre Delay eine gewisse Zeit (100 ms bei "Klicks", einige Sekunden bei Orchestermusik) werden die Reflexionen als separates Hörereignis, als Echo wahrgenommen. Wird das Echo mehrmals in periodischer Folge (wie bei mindestens zwei parallelen oder konkaven Flächen) reflektiert spricht man vom Flatterecho. Bei einer solchen Anordnung der Grenzflächen können zudem bei Dauertönen stehende Wellen entstehen. Denn werden solche Frequenzen reflektiert, deren Wellenlänge ein vielfaches der Flächendistanz ist, überlagrn sich die Reflexionen gleichphasig. An bestimmten Punkten löschen sich so die Wellen aus (Knoten), an anderen addieren sich die Maxima und es entstehen die Bäuche der stehenden Welle.

 

[M-Kult]

Bei jedem Schallereignis lassen sich verschiedene Phasen des Amplitudenverlaufs beobachten.

• Attack (Einschwingphase) ist der Zeitraum, welcher ein Klang von der Initiierung bis zur Entwicklung der vollen Amplitude benötigt. Bei der Kastagnette beträgt sich nur eine Millisekunde, beim Kontrabass ein bis zwei Sekunden. Die Einschwingphase ist wichig um Instrumente Unterscheiden zu können, zum Beispiel würden sich Streicher und Bläser ohne Attack nicht unterscheiden lassen.
• Decay beschreibt das Herabsinken des Pegels nach der vollen Amplitude
• Sustain (quasistationäre Phase) ist der Haltepegel, in welcher sich durch Überlagerung der Obertöne deren Amplitudenrelation verändert. Als Klangfarbe bezeichnet man ein Standbild in der quasistationären Phase, als Klangbild die Veränderung der Klangfarbe über die Zeit in diese Phase
• Release ist die Ausschwingphase, in der der Pegel des Klangs vollständig absinkt

Frequenzgang

Der Frequenzgang bezeichnet die Beeinflussung eines Systems auf die Amplituden verschiedener Frequenzen. Als System gilt alles, was in irgendeiner Form ein Signal, ob in elektronischer oder akustischer Form, transportiert. Darunter fallen zum Beispiel also Geräte, ein Raum, das menschliche Ohr und auch Luft.
Eine Utopie ist der lineare Frequenzgang. Hier ist der Input gleich dem Output, verändert also in keiner Weise die Relation der Amplituden von Teiltönen zueinander, erlaubt ist allerdings eine Gesamtamplitudenveränderung.
Der Normalfall ist der non-lineare Frequenzgang, welcher das Inputsignal verzerrt. Hier unterscheidet man wiederum zwischen der linearen und der non-linearen Verzerrung. Bei der linearen Verzerrung werden nur vorhandene Teiltöne in ihrer Amplitude verändert bzw. entfernt (subtraktiv). Im Gegensatz wirkt die non-lineare Verzerrung additiv, es werden neue Teiltöne vom System generiert. Messen lässt sich der prozentualer Anteil non-linearer Verzerrung eines Systems als Klirrfaktor (THD: total harmonic distortion). Bei einem Klirrfaktor von über 2% entsteht sogenanntes Clipping (Übersteuern).
Der Frequenzgang der Luft senkt auf mit steigender Entfernung Höhen und Tiefen herab, verzerrt das Signal also subtraktiv (linear). Dies lässt sich dadurch erklären, dass sich tiefe Frequenzen mit einem größeren Radius ausbreiten. Dagegen verlieren hohe Frequenzen durch höhere Reibung in der Luft ihre Energie an Wärme.
In diesem Zusammenhang leistet unser Gehirn eine erstaunliche Fähigkeit, die Risidualeffekt genannt wird. Erreichen das Ohr zum Beispiel durch Verzerrung nicht mehr die Grundschwingung sondern nur noch die Obertöne eines Klangs, kann das Gehirn aus diesen Information wieder auf die Grundschwingung zurück schließen. So liegen die Grundtöne bei Männern zwischen 80 bis 100 Hz, bei Frauen bei 250 bis 350 Hz. Das analoge Telefon überträgt aber nur Frequenzen zwischen 500 bis 3000 Hz, dennoch lässt sich das Geschlecht der Person am anderen Ende erkennen.

 

[M-Kult]

Richtungsortung

Ähnlich wie beim Sehen hat das Gehör durch das Vorhandensein von zwei Ohren die Möglichkeit räumlich zu hören. Man unterscheidet dabei die Horizontalebene, die Medianebene und die Frontalebene, die alle Richtungen (links, rechts, vorne, hinten, oben und unten) abdecken.

Da Schall sich mit einer begrenzten Geschwindigkeit in der Luft verbreitet, erreicht er die beiden Ohren mit einem Zeitabstand, der größer wird, je weiter das Signal von der Seite kommt. Diese interauralen Laufzeitunterschiede betragen minimal 0,03ms und maximal 0,63ms. Bei einem durchschnittlichen Ohrenabstand von 17cm ergibt sich eine Ortung von 3° Genauigkeit.

Jedoch ist diese Ortungsmethode Frequenzabhängig. Auf der folgende Aufteilung sind die hörbaren Bereiche zu sehen. Dort liegt diebeste Ortung liegt zwischen 601 und 5000Hz.

• 16-200Hz Bässe
• 201-600Hz tiefe Mitten
• 601-2500Hz mittlere Mitten
• 2501-5000Hz hohe Mitten
• 5001Hz-20kHz Höhen

Unter 800 Hz ist so eine Ortung nur noch eingeschränkt, unter 80Hz so gut wie gar nicht mehr möglich. Weitere Ortungsmerkmale sind ensprechende Phasenunterschiede und Lautstärkendifferenzen. Der spezielle (unsymmetrische) Aufbau des Gehörs ermöglicht durch richtungsabhängige Beugung/Reflexion (die zudem auch am Kopf stattfindet) und Klangverfärbungen, welche durch angeregte Eigenschwingung (bei 4kHZ mit +20dB am Außenohr und bei 500-5000Hz mit +20dB im Innenohr) bestimmter Gehörregionen erzeugt werden, besonders die Unterscheidung von vorne/hinten und oben/unten, was aber von Kindesbeinen an gelernt werden muss.

Entfernungsortung

Im Gegensatz zur Richtungsortung ist die Entfernungsortung weniger exakt. Bei ihr werden in erster Linie Lautstärkeunterschiede und Klangfarben zur Rate gezogen. Je weiter ein Schall entfernt ist, desto leiser ist er insgesamt und desto lauter sind im Verhältnis die Mitten. Ohne Raumantwort kann der Mensch Entfernungen bis zu 3 Metern gut einschätzen, darüberhinaus wird die Distanz zu kurz geschätzt. Bei 15 Metern spricht man vom akustischen Horizont, hinter welchem sich gelegene Schallquellen nicht mehr einordnen lassen. Sind jedoch Reflexionen vorhanden, erlangt das Gehirn durch Länge des Pre-Delay zusätzliche Informationen über die Entfernung.